(57)【要約】【課題】燃料電池の出力効率に加えて、燃料電池の出力領域の利用状況をも反映して、間欠運転の要否を判断する。【解決手段】燃料電池と、蓄電装置と、前記燃料電池の出力が所定の閾値によって指定される値の範囲にある場合に前記燃料電池の発電を停止し蓄電装置から負荷に電力を供給する制御手段と、前記燃料電池の出力値と発電効率との関係を記録する発電効率記録手段と、前記燃料電池の出力値とその出力値の利用頻度との関係を記録する利用頻度記録手段と、前記発電効率と利用頻度とから前記閾値を算出する算出手段とを備える。【選択図】図２
2006286479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
蓄電装置と、
前記燃料電池に要求される出力が所定の閾値によって指定される値の範囲にある場合に前記燃料電池の発電を停止し蓄電装置から負荷に電力を供給する制御手段と、
前記燃料電池の出力値と発電効率との関係を記録する発電効率記録手段と、
前記燃料電池の出力値とその出力値の利用頻度との関係を記録する利用頻度記録手段と、
前記発電効率と利用頻度とから前記閾値を算出する算出手段とを備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記算出手段は、過去の所定期間について前記燃料電池の出力値を前記利用頻度によって平均した平均出力値と前記燃料電池の出力値を前記発電効率で除算した値の前記所定期間についての平均値とから当該燃料電池システムの全体効率を算出する効率算出手段と、
前記閾値を変更することによって得られる複数の前記全体効率のうち最大の全体効率を得る閾値を選択する手段とを有する請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
過去の所定期間における当該燃料電池システムの運転時間に対する間欠時間の割合により過去の燃料電池の出力値の利用頻度を補正する補正手段を備える請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記補正手段は、前記燃料電池の出力値が前記閾値によって指定される値の範囲にある場合の出力値の利用頻度を上昇させ、前記燃料電池の出力値が前記閾値によって指定される値の範囲にない場合の出力値の利用頻度を低下するように補正する請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
過去の所定期間における前記燃料電池の出力電力に対する負荷への入力電力の割合を求める手段をさらに備え、
前記発電効率記録手段は、前記燃料電池の出力電力に対する負荷への入力電力の割合から前記燃料電池の出力値と発電効率との関係を記録する請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池の出力値と発電効率との関係を示す曲線が単峰状ピークを有し前記燃料電池の低出力域にて発電効率ピークに向かって立ち上がる単調増加曲線部と前記発電効率ピーク位置の出力値からさらに高出力域に向かって前記単調増加曲線部より小さい変化率で立ち下がる単調減少曲線部とからなり、前記出力頻度を示す曲線が単峰状ピークを有する場合に、
前記算出手段は、前記出力頻度の単峰状ピークが前記発電効率ピーク位置の出力値から高出力域に向かって離間するにしたがって前記閾値を低出力側にシフトして算出する請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般に電流の少ない軽負荷域で効率が低下する。このため、燃料電池によって電力を供給するシステムとしては、燃料電池と二次電池、コンデンサ等の蓄電装置とを組み合わせて構成されるものが提案されてきた。例えば、特許文献１に記載の燃料電池を含む車両は、要求電力が燃料電池の発電効率の低い範囲の値のときに、燃料電池の発電を停止して二次電池から電力供給を行っている。
【０００３】
すなわち、この車両は、このような要求電力（あるいは出力）の領域では、燃料電池とその周辺で稼働する補機とを停止し、その間、二次電池からＥＣＵ、照明等に必要なエネルギを供給し、走行する場合も、二次電池でモータを駆動する。このような運転を間欠運転と呼ぶ。
【特許文献１】特開２００１−３０７７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来は、間欠運転をするか、通常運転をするかは、単純に燃料電池の出力に対する効率に基づいて判断され、ユーザの車両使用状況を考慮していなかった。例えば、同一の出力効率を有する燃料電池を搭載した車両を運転する場合でも、高出力・高加速の多いユーザか、高出力・高加速の少ないユーザかに応じて、間欠運転をすべき出力の領域か否かの判断は異なると推定される。しかし、従来は、そのような配慮がなされていなかった。
【０００５】
本発明の目的は、燃料電池の出力効率に加えて、燃料電池の出力領域の利用状況をも反映して、間欠運転の要否を判断することにある。本発明の目的は、そのような判断により、さらに、燃料電池の出力効率を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。すなわち、本発明は、燃料電池と、蓄電装置と、前記燃料電池に要求される出力が所定の閾値によって指定される値の範囲にある場合に前記燃料電池の発電を停止し蓄電装置から負荷に電力を供給する制御手段と、前記燃料電池の出力値と発電効率との関係を記録する発電効率記録手段と、前記燃料電池の出力値とその出力値の利用頻度との関係を記録する利用頻度記録手段と、前記発電効率と利用頻度とから前記閾値を算出する算出手段とを備える燃料電池システムである。
【０００７】
本燃料電池システムは、燃料電池の出力値、発電効率、および利用頻度の関係から求められる閾値により、燃料電池の発電を停止するか否かを制御する。したがって、利用頻度を反映した、より実際の利用に合致した制御をすることができる。
【０００８】
また、前記算出手段は、過去の所定期間について前記燃料電池の出力値を前記利用頻度によって平均した平均出力値と前記燃料電池の出力値を前記発電効率で除算した値の前記所定期間についての平均値とから当該燃料電池システムの全体効率を算出する効率算出手段と、前記閾値を変更することによって得られる複数の前記全体効率のうち最大の全体効率を得る閾値を選択する手段とを有するようにすればよい。
【０００９】
このような構成により、燃料電池の平均出力値と発電効率とよって定量的に燃料電池システムの全体効率を求め、前記閾値を得ることができる。
【００１０】
また、本燃料電池システムは、過去の所定期間における当該燃料電池システムの運転時間に対する間欠時間の割合により過去の燃料電池の出力値の利用頻度を補正する補正手段を備えるようにしてもよい。このような構成により、さらに精度よく前記閾値を設定できる。
【００１１】
前記補正手段は、前記燃料電池の出力値が前記閾値によって指定される値の範囲にある場合の出力値の利用頻度を上昇させ、前記燃料電池の出力値が前記閾値によって指定される値の範囲にない場合の出力値の利用頻度を低下するように補正すればよい。このような補正により、間欠運転により利用頻度が低下した間欠運転領域での出力値の利用頻度の分布を上昇させ、本来の間欠運転のない利用頻度の分布に近づけることができる。また、間欠運転により利用頻度が増加した間欠運転領域より高出力側での出力値の利用頻度の分布を低下させ、本来の間欠運転のない利用頻度の分布に近づけることができる。
【００１２】
また、本燃料電池システムは、過去の所定期間における前記燃料電池の出力電力に対する負荷への入力電力の割合を求める手段をさらに備え、前記発電効率記録手段は、前記燃料電池の出力電力に対する負荷への入力電力の割合から前記燃料電池の出力値と発電効率との関係を記録するようにしてもよい。このような構成により、定量的に実際の電力効率を記録できるので、さらに精度よく前記閾値を設定できる。
【００１３】
また、前記燃料電池の出力値と発電効率との関係を示す曲線が単峰状ピークを有し前記燃料電池の低出力域にて発電効率ピークに向かって立ち上がる単調増加曲線部と前記発電効率ピーク位置の出力値からさらに高出力域に向かって前記単調増加曲線部より小さい変化率で立ち下がる単調減少曲線部からなり、前記出力頻度を示す曲線が単峰状ピークを有する場合に、前記算出手段は、前記出力頻度の単峰状ピークが前記発電効率ピーク位置の出力値から高出力域に向かって離間するにしたがって前記閾値を低出力側にシフトして算出するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、前記燃料電池の前記発電効率と利用頻度から、燃料電池の発電を停止し蓄電装置から負荷に電力を供給するか否かを判定するので、従来よりもさらに燃料電池の出力効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）に係る燃料電池システムについて説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。
【００１６】
《第１実施形態》
以下、図１から図８の図面に基づいて本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムを説明する。
【００１７】
＜システム構成＞
図１は、本燃料電池システムのシステム構成図である。この燃料電池システムは、燃料電池本体１（本発明の燃料電池に相当）と、燃料電池本体１から出力される電力の供給および遮断を制御する電源切り替え装置４と、電源切り替え装置４を通じて電力を供給される補機１１および負荷２１と、蓄電装置２と、蓄電装置２への電力の入出力および遮断を
制御する電源切り替え装置４と、本燃料電池システム全体を制御するＥＣＵ（電子制御ユニット、本発明の制御手段に相当）とを有している。
【００１８】
電源切り替え装置３および４は、例えば、リレー、半導体スイッチ等である。電源切り替え装置４は、燃料電池本体１で発電される電力を供給または遮断する。一方、電源切り替え装置３は、電源切り替え装置４から供給される燃料電離本体１の電力を蓄電装置２に供給し、蓄電装置２を充電する。また、電源切り替え装置３は、電源切り替え装置４が遮断状態のとき、蓄電装置２に蓄積された電力を補機１１および負荷２１に供給する。
【００１９】
蓄電装置２は、例えば、二次電池、コンデンサ等である。蓄電装置２は、燃料電池本体１の運転中には、発電される電力を電源切り替え装置３、４を通じて充電する。また、蓄電装置２は、不図示の回生制動装置からの回生電力を蓄電するようにしてもよい。さらに、蓄電装置２は、燃料電池本体１の停止中は、補機１１および負荷２１に電力を供給する。
【００２０】
補機１１は、例えば、燃料電池本体１に酸化剤ガスである空気を供給するコンプレッサ、燃料電池本体１に冷媒である水を供給するポンプ、燃料電池本体１の水素ガスを循環させる水素ポンプ等である。負荷２１は、例えば、モータとモータに所定の周波数で電力を供給するモータインバータ等である。
【００２１】
ＥＣＵ１０は、燃料電池本体１の運転開始と停止、燃料電池本体１の出力電圧および出力電流、温度等の監視、蓄電装置２の出力電圧および出力電流の監視、補機１１への通電と遮断の制御、負荷２１への通電と遮断の制御、電源切り替え装置３，４の通電状態と遮断状態の制御等を実行する。
【００２２】
このようにして、本燃料電池システムは、必要に応じて燃料電池本体１を停止するともに、補機１１および負荷２１に蓄電装置２から電力を供給して燃料電池システムの運転を継続する間欠運転の機能を有する。本燃料電池システムの特徴は、燃料電池本体１および補機１１を含む燃料電池システムの発電効率（以下、システム効率と呼ぶ）が低下する領域での発電を停止し、蓄電装置２により電力を供給する点にある。その場合、本燃料電池システムは、ユーザが燃料電池システムを運転する際の燃料電池本体１の出力頻度の分布と燃料電池システムの発電効率との関係から、発電を停止すべきか否かを決定する。
【００２３】
＜システム効率の概念＞
図２は、燃料電池システムのシステム効率を示すグラフの一例である。図２では、システム効率は、燃料電池本体１の出力電力（以下、燃料電池出力ｘという）に対して、関数ｆ（ｘ）で示されている。燃料電池出力ｘは、燃料電池本体１の発電量である。
【００２４】
燃料電池システムのシステム効率は、燃料電池本体１の発電効率と補機１１の運転による損失とを含めた効率として定義できる。すなわち、燃料電池出力ｘから補機１１の消費電力を減算し、そのときの消費水素エネルギで除算した値により、システム効率ｆ（ｘ）を定義できる。
（式１）
ｆ（ｘ）＝（燃料電池出力ｘ−補機による損失）／消費水素エネルギ
これはまた、負荷入力電力を燃料電池本体１の出力電力（に所定の定数を乗じた値）で除算して計算することもできる。ここで、所定の定数は、燃料電池システムの構成に依存し、実験的に決定される補正係数である。
（式２）  
ｆ（ｘ）＝負荷入力電力／（燃料電池本体１の出力電力×定数）
例えば、燃料電池出力ｘが小さい領域では、燃料電池本体１で発電される電力が小さく
ても、コンプレッサ、冷媒のポンプ、水素ポンプ等に所定値以上の電力を供給する必要がある。このため、この領域では、燃料電池出力ｘが小さいほどシステム効率は、低下する。逆に、燃料電池出力ｘの増加ともにシステム効率は上昇する。
【００２５】
一方、燃料電池出力ｘが増加すると、それに伴ってコンプレッサ、冷媒のポンプ、水素ポンプ等での消費電力が増加する。その結果、燃料電池本体１に投入される反応ガスの量が増加する。しかしながら、燃料電池本体１を構成する単セル内では、通過する反応ガスの流量が所定値を超えるとその流量の増加とともに、反応に関与することなくセルを通過する反応ガス量が増加する。すなわち、単セルの発電効率は、電流増加とともに低下する。
【００２６】
このため、増加する補機１１の消費電力に見合った発電量の増加が得られなくなり、燃料電池出力ｘが所定値以上の領域では、燃料電池出力ｘの増加とともにシステム効率が低下する。したがって、システム効率を示す関数ｆ（ｘ）は、図２のようなピークｆ（ｘｐ）を有するグラフになる。ここで、ｘｐは、システム効率がピークとなる燃料電池出力の値である。図２のように、関数ｆ（ｘ）は、ピークの位置ｘｐから低出力側および高出力側でシステム効率が低下する低効率領域（ｘ＜＜ｘｐおよびｘｐ＜＜ｘ）を有している。
【００２７】
図２には、さらに、燃料電池の出力頻度を示す関数ｇ（ｘ）が示されている。出力頻度とは、燃料電池出力Ｘが実際に発生した頻度の分布をいう。出力頻度とは、ユーザがその燃料電池出力Ｘを使用した回数の分布ともいうことができる。例えば、燃料電池システムが燃料電池で駆動される車両であった場合、出力頻度は、アクセルペダルの開度に応じて燃料電池本体１が発電した電力の頻度分布である。
【００２８】
本燃料電池システムは、以上のシステム効率ｆ（ｘ）および出力頻度ｇ（ｘ）により、効率ｙ（本発明の全体効率に相当）を以下の式で定義する。
（式３）
ｙ＝∫ｘｇ（ｘ）ｄｘ／∫｛ｘｇ（ｘ）／ｆ（ｘ）｝ｄｘ
式１の分子は、所定期間における燃料電池出力ｘの平均を表している。また、式１の分母は、燃料電池出力ｘおよび補機損失を得るために燃料電池システムが消費する水素エネルギに相当する量になる。したがって、効率ｙは、所定の積分期間において燃料電池システムに投入されたエネルギに対して燃料電池本体１が出力したエネルギの比率を示している。
【００２９】
ここで、間欠運転する場合を想定し、燃料電池出力ｘが所定値α未満の場合に燃料電池本体１の発電を停止するとする。この場合、出力頻度は、以下の関数ｈ（ｘ）で表すことができる。ここで、燃料電池出力ｘがこの所定値α未満の場合に、燃料電池本体１の発電を停止し、間欠運転を行うという意味で、この値αを間欠運転閾値と呼ぶ。
（式４）
ｈ（ｘ）＝０      （０＜ｘ＜α）
ｈ（ｘ）＝ｇ（ｘ）（α≦ｘ）
図３に、間欠運転閾値αを変化させたときのシステム効率の変化の一例を示す。間欠運転閾値αは、その値がシステム効率のピークｆ（ｘｐ）となる燃料電池出力ｘｐよりはるかに小さい場合、低効率領域にて燃料電池本体１が発電することになる。したがって、そのような間欠運転閾値αを増加させると、αがｘｐに近づくとともに、効率ｙは増加することになる。
【００３０】
一方、間欠運転閾値αは、その値がシステム効率のピークｆ（ｘｐ）となる燃料電池出力ｘｐよりはるかに大きい場合、低効率領域にて燃料電池本体１が発電することになる。そのような値から間欠運転閾値αを増加させると、αがｘｐから高出力側に離間するとと
もに、効率ｙは低下する。したがって、間欠運転閾値αは、システム効率ｙが最大となる最適値αｍａｘを有する。図３に示したシステム効率ｙは、図２に示した出力頻度ｇ（ｘ）とシステム効率ｆ（ｘ）とに対して、間欠運転閾値αの値を変化させて、システム効率ｙを求めた結果である。
【００３１】
図２のような出力頻度分布ｇ（ｘ）の場合、最適値αｍａｘは、ｇ(x)がピークとなる
燃料電池出力ｘｑ〜ｆ(x)がピークとなる燃料で値出力ｘｐ付近の領域に位置する。なぜ
なら、αの値をｘｑよりはるかに大きな値にしてしまうと、出力頻度ｇ（ｘ）で頻度の大きい出力の領域での電力が蓄電装置２により供給されることになり、システム効率ｆ（ｘ）が低下する領域（ｘｐ＜＜ｘ）にて、低効率で蓄電装置２を充電するための燃料電池の運転が必要となるからである。
【００３２】
本燃料電池システムでは、ＥＣＵ１０が、ユーザの運転状態の履歴を蓄積し、出力頻度ｇ（ｘ）を求めておき、式３および式４にしたがい、αに対する効率ｙを求める。そして、効率ｙが最大となる最適値αｍａｘを求め、このαｍａｘにより間欠運転を実行する。このような手順により、本燃料電池システムは、ユーザの使用状況である出力頻度を反映した効率ｙが最大となる状態で間欠運転を継続する。
【００３３】
＜処理フロー＞
図４に、燃料電池システムのＥＣＵ１０が最適値αｍａｘを決定する処理のフローチャートを示す。この処理は、ＥＣＵ１０で実行される制御プログラムにより実現される。
【００３４】
この処理では、まず、ＥＣＵ１０は、システム効率のマップを参照する（Ｓ１）。システム効率のマップとは、図２に示したシステム効率の関数ｆ（ｘ）と燃料電池出力ｘとの関係を例えばテーブル型式でメモリ（本発明の発電効率記録手段に相当）に保持したものである。
【００３５】
次に、ＥＣＵ１０は、出力頻度の実績マップを参照する（Ｓ２）。出力頻度の実績マップとは、図２に示した燃料電池の出力頻度分布ｇ（ｘ）と燃料電池出力ｘとの関係を例えばテーブル型式でメモリ（本発明の利用頻度記録手段に相当）に保持したものである。
【００３６】
次に、ＥＣＵ１０は、式３および式４にしたがって、効率ｙ（α）を算出する（Ｓ３）。その場合、ＥＣＵ１０は、αの値を所定の間隔Δα刻みで変化させ、複数個（ここでは、Ｎ個とする）のαｉ（ｉ＝１〜Ｎ）について、効率ｙｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を算出する。ただし、本発明の実施は、この計算手順そのものに限定されるものではなく、例えば、所定区間（例えば、最小値α０から最大値α１に至る区間）に対して、２分法により、αｍａｘの値を絞り込むようにしても構わない。
【００３７】
次に、算出された効率ｙｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の中から最大値ｙｍａｘとなる最適値αｍａｘを選択する（Ｓ４）。ＥＣＵ１０は、このαｍａｘを間欠運転閾値αとして設定する。Ｓ４の処理を実行するＥＣＵ１０が算出手段に相当する。
【００３８】
以上のような最適値αｍａｘの決定は、ユーザが燃料電池システム（例えば、車両）の使用中に定期的に実行するようにしてもよい。また、ユーザが所定の実行指示（不図示の実行ボタンの押下等）を行ったときに実行するようにしてもよい。また、出力頻度の関数としては、特定のパターン、例えば、車両走行時のアクセル開度の典型的な変化のパターンを用意しておき、工場出荷時に最適値αｍａｘを決定しておいてもよい。
【００３９】
図５に、燃料電池システム運転時の間欠運転のフローチャートを示す。この処理では、ＥＣＵ１０は、アクセル開度から、ユーザの要求出力ｘを検知する（Ｓ１０）。そして、
ＥＣＵ１０は、要求出力に対して必要な燃料電池出力を算出する（Ｓ１１）。例えば、要求出力に補機１１における消費電力を加えた値が必要な燃料電池出力となる。
【００４０】
次に、ＥＣＵ１０は、このとき必要な燃料電池出力が間欠運転閾値α未満か否かを判定する（Ｓ１２）。そして、必要な燃料電池出力ｘが間欠運転閾値α未満の場合、ＥＣＵ１０は、燃料電池本体１の運転を停止し、間欠運転に切り替える（Ｓ１３）。
【００４１】
一方、必要な燃料電池出力ｘが間欠運転閾値αを超える場合、ＥＣＵ１０は、燃料電池本体１による発電を開始し、通常運転に切り替える。なお、実際の燃料電池システムは、必要な燃料電池出力が間欠運転閾値α未満の場合でも、他の条件により、間欠運転を実施できない場合がある。例えば、蓄電装置２に十分な電力が充電されていない場合である。
【００４２】
＜効率ｙの算出例＞
図６から図８に、システム効率ｆ（ｘ）と、出力頻度ｇ１（ｘ）、ｇ２（ｘ）、およびｇ３（ｘ）から算出された効率ｙ１、ｙ２、およびｙ３の例を示す。図６から図８に示すように、システム効率ｆ（ｘ）は、燃料電池出力ｘの値が０付近から増加するとともに、急速に上昇する。そして、システム効率ｆ（ｘ）がピークを過ぎると、その値は、燃料電池出力ｘの増加とともに、立ち上がり時より緩やかな変化率で単調に減少する。
【００４３】
このように、本例では、システム効率は、ピークに向かって立ち上がる単調増加曲線と前記ピーク位置の出力値からさらに高出力域に向かって前記単調増加曲線より小さい変化率で立ち下がる単調減少曲線からなり、左右非対称な単峰状の曲線となっている。
【００４４】
一方、出力頻度ｇ１（ｘ）、ｇ２（ｘ）、ｇ３（ｘ）は、いずれも略左右対称な単峰状の曲線である。ただし、ｇ１（ｘ）よりもｇ２（ｘ）の方が、ピークが高出力側にある。また、ｇ２（ｘ）よりもｇ３（ｘ）の方が、ピークが高出力側にある。したがって、ｇ１（ｘ）、ｇ２（ｘ）、ｇ３（ｘ）の順で、ピークの位置がシステム効率ｇ（ｘ）のピーク位置よりも、高出力側にシフトしている。
【００４５】
図６に、システム効率ｆ（ｘ）と出力頻度ｇ１（ｘ）とから、間欠運転閾値αを変化させて求めた効率ｙ１の変化を示す。同様に、図７に、システム効率ｆ（ｘ）と出力頻度ｇ２（ｘ）とから求めた効率ｙ２の変化を示す。同様に、図８に、システム効率ｆ（ｘ）と出力頻度ｇ３（ｘ）とから求めた効率ｙ３の変化を示す。このように、出力頻度ｇ１（ｘ）＝＞ｇ２（ｘ）＝＞ｇ３（ｘ）と、そのピークがシステム効率ｇ（ｘ）のピーク位置よりも、高出力側にシフトするにしたがって、効率ｙ１、ｙ２、ｙ３のように、その効率が最大値となる間欠運転閾値αの値は、α１＝＞α２＝＞α３のように、減少する。
【００４６】
これは、出力頻度ｇ（ｘ）が高出力側にシフトすると、その領域でのシステム効率が低下するため、システム効率がピークｆ（ｘｍａｘ）となる出力ｘｍａｘから低出力方向に向かって燃料電池本体１の発電範囲を拡大する方向にαをシフトするためである。
【００４７】
以上述べたように、本実施形態の燃料電池システムによれば、燃料電池本体１の出力頻度およびシステム効率から算出される効率が最大となる間欠運転閾値αの最適値αｍａｘを求め、間欠運転閾値αを最適値αｍａｘに設定して間欠運転を実行する。この場合、出力頻度は、ユーザが実際に燃料電池システムを利用したときの出力頻度であるため、出力頻度に対して最適となる間欠運転閾値αを選択し、間欠運転を実行できる。
【００４８】
《第２実施形態》
以下、図９から図１３の図面に基づいて本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムを説明する。上記第１実施形態では、システム効率と出力頻度から算出される効率ｙが最
大となる間欠運転閾値αの最適値αｍａｘを求め、これを間欠運転閾値に設定し、間欠運転を実行する燃料電池システムの例を説明した。
【００４９】
本実施形態では、そのような燃料電池システムにおいて、燃料電池本体１の出力の履歴から出力頻度を算出する例を説明する。他の構成および作用は、第１実施形態と同様である。そこで、システム構成、処理フロー等は、必要に応じて第１実施形態の図１から図８を参照し、その説明を省略する。
【００５０】
図９は、間欠運転実行時の実際の燃料電池の出力頻度パターン例を示す図である。この燃料電池システムは、間欠運転閾値として最適値αｍａｘを設定している。図９に示すように、実際の出力頻度パターンでは、燃料電池出力ｘが間欠運転閾値（最適値αｍａｘ）未満の場でも出力頻度が０にはならない。しかし、ユーザが要求する要求出力から算出される燃料電池出力（例えば、図６のｇ１（ｘ）参照）と比較して、燃料電池出力ｘが間欠運転閾値（最適値αｍａｘ）未満の領域では、極度に少なくなる（グラフ部分１００Ｂ）。
【００５１】
すなわち、間欠運転時の出力頻度のグラフ形状（本実施形態では、出力頻度パターンともいう）は、間欠運転閾値（αｍａｘ）付近から燃料電池出力ｘの増加とともに急速に上昇し、その後、ピーク１００ｃを経て徐々に減少する。また、０出力においても、出力頻度が存在する（棒状のグラフ１００Ａ参照）。なお、燃料電池出力ｘが間欠運転閾値未満の場合でも出力頻度が０にはならないのは、このような場合でも、他の条件から燃料電池本体１の発電を停止することができない場合があるからである。例えば、蓄電装置２の充電が十分でない場合には、燃料電池出力ｘが間欠運転閾値未満の領域でも燃料電池の発電を継続する必要がある。
【００５２】
このように、間欠運転時の出力頻度パターンは、通常運転時とは、異なる形状となるため、間欠運転時の出力頻度パターンを記録し、そのままそのユーザの出力頻度としたのでは、誤差が大きくなる。本実施形態は、間欠運転時の出力頻度パターンから本来の出力頻度に補正する手順を説明する。
【００５３】
例えば、間欠運転時の出力頻度ｇ（ｘ）に対し、以下の補正式で得らえるｉ（ｘ）を補正された出力頻度として用いてもよい。このｉ（ｘ）の算出を実行するＥＣＵ１０が利用頻度を補正する手段に相当する。
（式５）
ｋ（ｘ）＝ｇ（ｘ）／β；        （０＜ｘ＜α）
ｋ（ｘ）＝ｇ（ｘ）×（１−β）；（α≦ｘ）
ここで、β＝間欠運転時間／総運転時間である。すなわち、βは、燃料電池本体１が停止している時間を総運転時間で除算した値である。
【００５４】
式５は、燃料電池出力が間欠運転閾値以上の領域では、出力頻度を１−β倍にスケーリングして縮小する。これは、間欠運転により、間欠運転閾値以上の領域では、通常の運転状態より出力頻度が増加するので、総時間に対する間欠運転時間の比率分だけ、頻度を低下させることにより、本来の出力頻度パターンに近づけるようにするためである。
【００５５】
また、式５は、燃料電池出力が間欠運転閾値未満の領域では、出力頻度を１／β倍にスケーリングして拡大する。これは、間欠運転により、間欠運転閾値未満の領域では、通常の運転状態より出力頻度が低下するので、総時間に対する間欠運転時間の比率分だけ、頻度を増加させることにより、本来の出力頻度パターンに近づけるようにするためである。
【００５６】
なお、このような補正としては、燃料電池出力が間欠運転閾値未満の領域で出力頻度を
βで除算する代わりに（１＋β）倍するようにしてもよい。
【００５７】
図１０に、このようにして補正計算された出力頻度ｋ（ｘ）の例を示す。図１０において、点線１００Ｂおよび１００Ｃは、図９と同様、間欠運転時の出力頻度である。一方、太線１０１Ｂおよび１０１Ｃが上記計算によって、間欠運転時の出力頻度（点線１００Ｂおよび１００Ｃ）から得られる補正された出力頻度である。
【００５８】
図１０に示されるように、補正後の出力頻度は、間欠運転閾値αｍａｘの前後で、微分係数が不連続となるギャップを有するが、連続な曲線を構成し、曲線形状全体としては、一般的な出力頻度の形状（例えば、車両に燃料電池を適用した場合の走行時の出力頻度パターン）に近づく。
【００５９】
なお、図１０で得られた補正後の出力頻度に対して、燃料電池出力が間欠運転閾値未満の領域で出力頻度を固定値ｋ０に設定してもよい。図１１にそのような出力頻度の例を示す。この場合固定値ｋ０は、間欠運転閾値以上の領域での出力頻度の減少分に相当する値としてもよい。例えば、図１１で、曲線１００Ｃと１０１Ｃとで囲まれた領域の面積Ｓに対して、ｋ０＝面積Ｓ／αｍａｘで算出すればよい。すなわち、出力頻度の固定値ｋ０を示す直線１０４、ｘ＝αｍａｘ、および２つの座標軸のなす矩形の面積が面積Ｓに一致するようにｋ０を設定すればよい。
【００６０】
また、図１０で得られた補正後の出力頻度に対して、燃料電池出力が間欠運転閾値未満の領域で、原点（０，０）から直線的に増加するように出力頻度を仮想的に設定してもよい。図１２に、原点（０，０）からｘ＝αｍａｘの位置まで直線１０５を設定する例を示す。この例では、直線１０５は、原点（０、０）から、間欠運転閾値以上の領域での補正後の曲線１０１Ｃの端点を結んでいる。その結果、間欠運転閾値において、出力頻度は、直線と曲線とが連続したグラフとして構成される。
【００６１】
以上のような補正により、間欠運転により利用頻度が低下した間欠運転領域での出力値の利用頻度の分布を上昇させ、本来の間欠運転のない利用頻度の分布に近づけることができる。また、間欠運転により利用頻度が増加した間欠運転領域より高出力側での出力値の利用頻度の分布を低下させ、本来の間欠運転のない利用頻度の分布に近づけることができる。
【００６２】
また、例えば、間欠運転時のユーザの要求出力頻度ｇ１（ｘ）に対し、以下の補正式でえらえるｊ（ｘ）を補正された出力頻度として用いてもよい。  ここで、ユーザの要求出力頻度ｇ１（ｘ）は、例えば、車両のアクセル開度から決定することができる。
（式６）
ｊ（ｘ）＝ｇ１（ｘ）×（ＳＢ／ＳＡ）
ここで、ＳＡは、ユーザの要求要求出頻ｇ１（ｘ）を示す曲線とｘ軸のなす領域の面積である。周知のように、この面積は、ｇ１（ｘ）を積分して得られる。また、ＳＢは、間欠運転時の実際の出力頻度の曲線とｘ軸のなす領域（図９の曲線１００Ｂおよび１００Ｃとｘ軸のなす斜線部領域）の面積である。
【００６３】
すなわち、上記式６は、間欠運転時にユーザ要求が要求する要求出力頻度と燃料電池本体１の出力頻度との面積比で、その要求出力頻度を比例換算したものである。
【００６４】
《第３実施形態》
以下、図１３の図面に基づいて本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムを説明する。上記第１実施形態では、システム効率と燃料電池本体１の出力頻度から算出される効率ｙが最大となる間欠運転閾値αの最適値αｍａｘを求め、これを間欠運転閾値αに設定
し、間欠運転を実行する燃料電池システムの例を説明した。また、第２実施形態では、間欠運転時の出力頻度から間欠運転のない通常運転時の出力頻度に補正する手順、あるいは、ユーザの要求する要求出力頻度から燃料電池本体１の出力頻度を算出する手順の例を説明した。
【００６５】
本実施形態では、そのような燃料電池システムにおいて、システム効率を蓄積する構成および処理手順を説明する。他の構成および作用は、第１実施形態と同様である。そこで、同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。また、必要に応じて第１実施形態の図１から図１２の図面を参照する。
【００６６】
図１３に、本実施形態に係る燃料電池システムの構成図の例を示す。この例では、図１の構成と比較して、ＥＣＵ１０にメモリ９が明示されている。また、負荷２１に代えてモータインバータ２１Ａが示されている。さらに、燃料電池本体１の出力電流を測定する電流センサ３１、燃料電池本体１の出力電圧を測定する電圧センサ３２、モータインバータ２１Ａへの入力電流を測定する電流センサ３３、およびモータインバータ２１Ａへの入力電圧を測定する電圧センサ３４が設けられている。また、図面を簡潔するため、補機１１および蓄電装置２は、補機・蓄電装置１１Ａとして示されている。
【００６７】
このような構成により、燃料電池システムの運転時に、電流センサ３１は、燃料電池本体１からの出力電流Ｉ１を測定する。また、電圧センサ３２は、燃料電池本体１からの出力電圧Ｖ１を測定する。また、電流センサ３３は、モータインバータ２１Ａへの入力電流Ｉ２を測定する。また、電圧センサ３４は、モータインバータ２１Ａへの入力電圧Ｖ２を測定する。
【００６８】
ＥＣＵ１０は、刻々電流センサ３１、３３、電圧センサ３２、３４の計測値Ｉ１、Ｉ２、Ｖ１、Ｖ２を監視し、メモリ９に記憶していく。これにより、燃料電池出力Ｘ＝Ｉ１×Ｖ１に対するシステム効率ｆ
（式７）
ｆ＝（Ｉ２×Ｖ２）／（Ｉ１×Ｖ１×定数）
をマップとして求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成図である。
【図２】燃料電池システムのシステム効率を示すグラフの一例である。
【図３】間欠運転時のシステム効率の変化の一例を示す図である。
【図４】間欠運転閾値の最適値αｍａｘを決定する処理のフローチャートである。
【図５】燃料電池システム運転時の間欠運転のフローチャートである。
【図６】システム効率と、出力頻度から算出された効率の例を示す図（１）である。
【図７】システム効率と、出力頻度から算出された効率の例を示す図（２）である。
【図８】システム効率と、出力頻度から算出された効率の例を示す図（３）である。
【図９】間欠運転実行時の実際の燃料電池の出力頻度パターン例を示す図である。
【図１０】補正計算された出力頻度の例を示す図である。
【図１１】出力頻度を示す曲線の他の例を示す図である。
【図１２】出力頻度を示す曲線の他の例を示す図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムの構成図の例である。
【符号の説明】
【００７０】
１  燃料電池
２  蓄電装置
３、４  電源切り替え装置
９    メモリ
１０  ＥＣＵ
１１  補機
２１  負荷
３１、３３  電流センサ
３２、３４  電圧センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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